雙蹤示波器的使用

3.12雙蹤示波器的使用示波器是一種用來展示和觀測電信號的電子儀器，它可以直接測量信號電壓的大小和周期，因此，一切可以轉化為電壓的電學量、非電學量(如電流、電功率、阻抗、溫度、位移、壓力、磁場等)以及它們隨時間變化的過程都可用示波器來觀測。由于電子射線的慣性小，又能在熒光屏上顯示出可見的圖像，所以特別適用于觀測瞬時變化的過程，這是示波器重要的優(yōu)點。本實驗通過使用雙蹤示波器觀察電信號波形及測量電信號的電壓及頻率，了解示波器圖像跟蹤測量技術(請閱讀4.2.1節(jié))，掌握示波器的原理及使用方法(請閱讀附錄Ⅰ中有關示波器的內容)。1．了解示波器的基本結構和工作原理、掌握示波器的調節(jié)和使用；2．掌握用示波器觀察電信號波形的方法；3.掌握用示波器測量電信號的電壓和頻率的方法；4.了解示波器圖像跟蹤測量技術?！緝x器與裝置】流濾波線路板等?！驹怼渴静ㄆ鞯囊?guī)格和型號哪種示波器都有(Y軸放大器)、水平放大器觸發(fā)同步和直流電源等部分。1.示波管的基本結構全都密封在玻璃外殼內，里面抽成高真空。陰極、控制柵極、第一陽極和第二陽極五部分組成，陰極是一個表面涂有氧化層的金屬圓筒，被燈絲通子?？刂茤艠O是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面，它的電位比陰極稍低，對陰極發(fā)射出來的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔，然后在陽極加速下奔向熒光屏，示波器面板上的“亮度”調整旋鈕就是通過調節(jié)柵極電位以控制射向熒光屏的電子流密度從而改變屏上光斑的亮度。陽極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場加速形成射線。當控制柵極、第一陽極與第二陽極之間電位調節(jié)合適時，電子槍內的電場對電子射線有聚焦作用所以第一陽極也稱聚焦陽極，第二陽極電位更高，又稱加速陽極，面板上的“聚焦”調節(jié)旋鈕，就是調節(jié)第一陽極電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點，有的示波器還有“輔助聚焦”，實際是調節(jié)第二陽極電位。(2)偏轉系統(tǒng)：它由兩對互相垂直的偏轉板組成，一對豎直偏轉板，一對水平偏轉板，在偏轉板上加上適當電壓，當電子束通過時運動方向將發(fā)生偏轉，從而使電子束在熒光屏上產生的光斑位置也發(fā)生改變。(3)熒光屏：屏上涂有熒光粉，電子打上去它就發(fā)光，形成光斑。不同材料的熒光粉發(fā)光的顏色不同，發(fā)光過程的延續(xù)時間(一般稱為余輝時間)也不同。熒光屏前有一塊透明的、帶刻度的坐標板，供測量光點位置用，在性能較好的示波管中，通常將刻度線直接刻在屏玻璃內表面上，使與熒光粉緊貼在一起，以消除視差，使光點位置的測量更準確。2．示波器顯示波形的原理(1)掃描作用:如果只在豎直偏轉板上加一交變的正弦電壓，則電子束的亮點將隨電壓的變化在豎直方向來回運動，如果電壓頻率較高，則看到的將是一條豎直亮線。如圖3.12-3(a)所示。要顯示出波形，必須同時在水平偏轉板上加一個掃描電壓，使電子束的亮點同時沿著水平方向拉開。這種掃描電壓的特點是電壓隨時間成線性關系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重復地變化。掃描電壓隨時間變化的關系曲線形同“鋸齒”故稱“鋸齒波電壓”，如圖3.12-3(b)所示。產生鋸齒波電壓的電路在圖3.11-1中用“掃描電路”方框表示。當只有鋸齒波電壓加在水平偏轉板上，如果頻率足夠高，則會在熒光屏上顯示一水平亮線。如果在豎直偏轉板上(簡鋸齒波電壓，電子同時受豎直、水平兩個方向的力的作運動為兩相互垂壓與正弦電壓變化周期相等個完整的正弦電壓的波形圖XY號同步周期性地出現(xiàn))，如圖(2)觸發(fā)掃描:普通示波器的掃描電壓是采用自激鋸齒波振蕩器產號時，就顯示波形，當Y軸未輸入信號時，就顯示一條水平線，這種掃描方式稱為連續(xù)掃描，連續(xù)掃描對于顯示正弦波、對稱方波、三角波等是比較合適的，但如用來顯示很窄的脈沖信號時，就很不理想，因為難以看清脈沖的前后沿等情況，為此，必須采用觸發(fā)掃描方式，所謂觸發(fā)掃描，就是使掃描電路在被測脈沖信號或與之有一定關系的外來脈沖信號的觸發(fā)下，才產生掃描電壓，經過一定時間后又自動恢復到起始狀態(tài)，完成一次掃描，然后等待下一個脈沖的到來，再重新進行一次掃描。因為掃描的起點由觸發(fā)信號控制，因此，每次顯示的波形必定重合，圖象必然穩(wěn)定，現(xiàn)代通用示波器一般都有觸發(fā)掃描功能。(3)同步作用:要在示波器熒屏上獲得穩(wěn)定的波形，被測信號的頻率f必須為掃描電壓(鋸齒波)Y頻率f的整數倍(N倍)，即有Xf=NfYX(3.12-1)因為只有滿足上述條件，鋸齒波在被測信號的每周或每隔若干周的同一點上開始掃描，即兩者保持固定的相位關系，使每次熒光屏上顯示的圖象重合(即對X的每一個掃描周期，Y有完全相同的波列對應)才可看到穩(wěn)定的被測信號波形。如果被測信號與鋸齒波兩者頻率不滿足上述整倍數的關系，或兩者中的任一頻率發(fā)生變化，則鋸齒波每次掃描就不在信號波形的同一點上開始，而每次掃描顯示的圖形就不能重合，結果熒光屏上呈現(xiàn)向左或向右移動的波形，這樣就難以對信號進行觀察和測量。在實驗電路中，由于電源電壓不穩(wěn)定或其他原因，都會引起被測信號和掃描信號頻率的變化，這種變化隨時可能發(fā)生，依靠人工手動調節(jié)“掃描微調”旋鈕，無法始終保持兩者整數比的關系，所以必須設法使兩者頻率自動保持整數比，為此，可利用被測信號電壓或與此有關的電壓，去強迫控制鋸齒波的頻率，使之與被測信號頻率保持整數比，這就是同步(或稱為整步)，用來控制鋸齒波頻率的信號則稱為同步信號。需要指出的是同步信號的幅度必須適當，太小達不到同步的目的，太大則使鋸齒波發(fā)生畸變，必然引起被測信號嚴重失真。(5)李薩如圖形:如果X、Y偏轉板上加的電信號都是正弦波，當f和f之比為整數比時，電子束受XYf2到它們的合作用，光點將會描繪出特定的圖形——李薩如圖形。圖3.12-5描繪的是X=f1Y的兩個正弦波電訊號合成的李薩如圖形。圖3.12-6給出了幾種不同頻率的李薩如圖形?？梢宰C明兩個正弦波的頻率之比等于李薩如圖形在X、Y方向的極大值個數n、n之比。即XYfnX=X(3.12-2)fnYY利用李薩如圖形可以根據已知頻率求出未知頻率。【內容及步驟】1.熟悉示波器各旋鈕的功能和調節(jié)方法(請閱讀附錄Ⅰ之八)。2.測量交流電壓值(1)將低頻率信號發(fā)生器輸出的50Hz交流信號，由示波器CH2端輸入，調節(jié)掃描時間轉換開關使圖形穩(wěn)定；調節(jié)CH2分度值旋鈕D2，使圖形大小適中。(2)讀出圖形縱方向最大和最小的刻度之差值，記為M(cm)(3)計算交流電的峰峰值U=MD(V)PP2正弦波交流電的有效值U=U/22~PP3.將交流信號發(fā)生器的輸出信號(50Hz)，逐次經圖3.12-7所示各電路由CH2輸中各電路的輸出波形，并畫出U~t曲線。Y4.測量交流電整流濾波后的紋波因數交流電整流濾波后輸出的電壓中除直流電壓外，還有一些交流電壓(稱為紋波電壓)見圖3.12-8所示，其交流分量與直流分量的百分比稱為紋波因數y。((1)測量整流濾波后的直流分量：測量出直流分量(應取在交流分量的中間)HCH值旋鈕指示值D(V/cm)，則直流電壓22(2)測量整流濾波后的交流分量：離h，記錄CH2通道分度值旋鈕指示值2U=hD(V),進而算出其有效值UPP2~(由于濾波后的交流成分的波形比較復雜，暫按正弦波處理)(3)計算交流電整流濾波后的紋波因數y：【數據處理】1．計算交流電的有效值2；測量電壓和時間的相對不確定度為E=5.0%；u(V/cm)；峰峰高度差M=cm；有效值U=~不確定度u=有效值×E/3UU~~U2．將觀測到的波形畫在U~t圖上。Y3．計算交流電整流濾波后的紋波因數y。形形式幅度值H=分度值D2=直流電壓U幅度值h=分度值D=2紋波電壓U=~濾波直流分量交流分量【注意事項】1．認真閱讀附錄Ⅰ中有關儀器的介紹，掌握所使用的示波器、信號發(fā)生器面板上各旋鈕的作用后再操作。2．為了保護熒光屏不被灼傷，使用示波器時，光點亮度不能太強，而且也不能讓光點長時間停在熒光屏的一個位置上。在實驗過程中，如果短時間不使用示波器，可將“輝度”旋鈕調到最小，不要經常通斷示波器的電源，以免縮短示波管的使用壽命。3．示波器上所有開關與旋鈕都有一定強度與調節(jié)角度，使用時應輕輕地緩緩旋轉，不能用力過猛或隨意亂旋轉?！締栴}